(57)【要約】【課題】マスクを像形成層に近接させて近接場露光によって微細パターンを作製するに際して、ピンホール等の欠陥の生じない厚さの膜厚に形成された像形成層に対して、高アスペクト比を有する微細パターンを作製することが可能となる近接場露光による微細パターンの作製方法を提供する。【解決手段】近接場露光による微細パターンの作製方法において、基板上に後の工程における露光及び現像工程で形成されるパターンの深さよりも厚い膜厚の像形成層１０２を形成する工程と、前記像形成層を近接場光を用いて露光した後、該像形成層を現像して該像形成層の底部（Ｔｓ）よりも浅い領域（Ｔｄ）にパターンを形成する露光及び現像工程と、前記露光及び現像工程において現像された像形成層を、ドライエッチングする工程（図１（ｃ），（ｄ））と、を有する構成とする。【選択図】            図１
2005353645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長サイズ以下の微小開口を遮光膜に形成したマスクを基板上に形成した像形成層に近接させ、該マスクの面側に光を照射した際に該マスクの微小開口から滲み出る近接場光を用いて露光し、前記像形成層にマスクパターンを転写して微細パターンを作製する、近接場露光による微細パターンの作製方法において、
前記基板上に、後の工程における露光及び現像工程で形成されるパターンの深さよりも厚い膜厚の像形成層を形成する工程と、
前記像形成層を近接場光を用いて露光した後、該像形成層を現像して該像形成層の底部よりも浅い領域にパターンを形成する露光及び現像工程と、
前記露光及び現像工程において現像された像形成層を、ドライエッチングする工程と、
を少なくとも有することを特徴とする近接場露光による微細パターンの作製方法。
【請求項２】
前記像形成層の膜厚が、１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の微細パターンの作製方法。
【請求項３】
前記像形成層を形成する材料が、金属またはシリコン含有ポリマー、該金属またはシリコン含有ポリマーより平均分子量の大きい金属またはシリコン非含有ポリマー、感光剤を含んでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細パターンの作製方法。
【請求項４】
前記像形成層のドライエッチング時間をｔ［ｍｉｎ］としたとき、
前記ドライエッチング時間ｔが、つぎの条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項３に記載の微細パターンの作製方法。
｛（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｑ１｝＜ｔ＜｛（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｓ１｝……（１）
但し、
Ｔｓ：像形成層の膜厚［ｎｍ］
Ｔｄ：像形成層現像後のパターン深さ［ｎｍ］
Ｓ１：像形成層の第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
Ｑ１：金属またはシリコン非含有ポリマーの第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
【請求項５】
前記被加工基板と前記像形成層の間に、バッファ層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細パターンの作製方法。
【請求項６】
前記バッファ層としてＲ１＞Ｓ１×１０の条件を満たすものを用い、
前記現像後の前記像形成層をドライエッチングする工程と、前記バッファ層をドライエッチングする工程とを一度に行った際の、合計ドライエッチング時間をｔ’［ｍｉｎ］  としたとき、
前記合計ドライエッチング時間ｔ’が、つぎの（２）式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の微細パターンの作製方法。
ｔ’＝ｔ＋（Ｔｒ／Ｒ１）……（２）
但し、
Ｒ１：バッファ層の第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
Ｓ１：像形成層の第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
ｔ：像形成層のドライエッチング時間［ｍｉｎ］
Ｔｒ：バッファ層の膜厚［ｎｍ］
【請求項７】
前記バッファ層としてＲ１＞Ｓ１×１０の条件を満たすものを用い、前記像形成層のドライエッチング時間をｔ［ｍｉｎ］としたとき、
前記ドライエッチング時間ｔが、つぎの（３）式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の微細パターンの作製方法。
｛（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｑ１｝＜ｔ＜（Ｔｓ／Ｓ１）……（３）
但し
Ｒ１：バッファ層の第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
Ｓ１：像形成層の第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
Ｔｓ：像形成層の膜厚［ｎｍ］
Ｔｄ：像形成層現像後のパターン深さ［ｎｍ］
Ｑ１：金属またはシリコン非含有ポリマーの第一のガスでのドライエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場露光による微細パターンの作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展とともに、光リソグラフィーのさらなる微細化は必要不可欠のものとなっている。一般に光リソグラフィー装置における微細加工限界は、用いる光の波長程度である。このため、光リソグラフィー装置に用いる光の短波長化が進み、現在は近紫外線レーザが用いられ、０．１μｍ程度の微細加工が可能となっている。
このように微細化が進む光リソグラフィーであるが、０．１μｍ以下の微細加工を行うためには、レーザのさらなる短波長化、その波長域でのレンズ開発等解決しなければならない課題も多い。
【０００３】
一方、光による０．１μｍ以下の微細加工を可能にする手段として、近接場光学顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。例えば、１００ｎｍ以下の大きさの微小開口から滲み出る近接場を用いてレジストに対し、光波長限界を越える局所的な露光を行う装置である。
しかしながら、これらのＳＮＯＭ構成のリソグラフィー装置では、いずれも１本（または数本）の加工プローブで一書きのように微細加工を行っていく構成であるため、あまりスループットが向上しないという問題点を有していた。
【０００４】
これを解決する方法として、特許文献１では近接場光が遮光膜に形成された波長サイズ以下の微小開口を有するフォトマスクを、基板上のフォトレジストに密着させ、該マスクの面側に光を照射した際に該マスクの微小開口から滲み出る近接場光を用いて露光し、前記像形成層にマスクパターンを転写して微細パターンを作製する、近接場露光による微細パターンの作製方法が提案されている。
【０００５】
また、このような密着による近接場露光方法においては、近接場光は微小開口からの距離に対して指数関数的に強度が減少し、そのため近接場光によってパターン形成する際には、パターンの形成層の膜厚は薄く形成しなければならないということが、特許文献２で明らかとされている。
【０００６】
このように浅いレジストパターンのアスペクト比を高くする方法の一つとして、従来法による多層レジスト法を用いることができる。ここでは、多層レジスト法の中でも、像形成層としてＳｉ含有レジストを用いた二層レジスト法について、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
まず、被加工基板１００上に、この被加工基板を加工するために必要な膜厚を稼ぐためのバッファ層１０１を成膜する。バッファ層としては、酸素系ガスによるドライエッチング耐性が低く、被加工基板を加工できるための膜厚を形成できるものであれば何でも良いが、利便性や価格の面から、有機膜、特にハードベークしたノボラック系レジストが使われることが多い。バッファ層の厚さは、バッファ層にパターンを形成した後のプロセスに耐えうる厚さとする。
バッファ層１０１上に、像形成層１０２を成膜する。像形成層としては、露光用光１０７による露光と現像によってパターンが形成され、酸素系ガスによるドライエッチング耐性が高いものであれば何でも良い。ここでは像形成層を、市販されているＳｉ含有レジストとして説明している。像形成層の厚さは、露光、現像によって良好にパターンが形成できる厚さとする。
上記二層構造のレジストを成膜後、像形成層１０２を露光し、像形成層１０２中に潜像を形成する（図２（ａ））。
【０００７】
これを現像することにより、像形成層１０２にパターンを形成する（図２（ｂ））。ここで、図２では、一例としてポジ型のレジストを像形成層として説明しているので、図２（ａ）での未露光部分が、現像後にパターンとして残っている。この像形成層のパターンをエッチングマスクとして、酸素系ガスによるドライエッチングを行う。像形成層としてＳｉ含有レジストを用いた場合には、酸素系ガスによるドライエッチング中に、Ｓｉ含有レジスト中に含まれるＳｉが酸化されてＳｉＯ2となり、ドライエッチング耐性が増す。一方、バッファ層はドライエッチング耐性が低いので、露光部、未露光部のコントラストが増し、高アスペクト比のパターンを得ることができる（図２（ｃ））。
【０００８】
上記では像形成層としてＳｉ含有レジストについて述べたが、他にも、あるガスプラズマ中にドライエッチング耐性がバッファ層に比べて向上する物質含有のレジストと、そのガスを用いたドライエッチング、という組み合わせでも、高アスペクト比パターンの作製が可能となる。具体的にはＧｅ含有レジストと酸素系ガスの組み合わせが報告されている（Ｄ．Ａ．Ｍｉｘｏｎ  ａｎｄ  Ａ．Ｅ．  Ｎｏｖｅｍｂｒｅ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ７，１７２３（１９８９）、Ｈ．Ｆｕｊｉｏｋａ，Ｈ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｓ．Ｋｉｓｈｉｍｕｒａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｎａｇａｔａ：Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  １２６２，５５４（１９９０）等）。
【０００９】
通常の半導体プロセスでは、このような高アスペクト比パターンを元に、被加工基板１００の加工を行う。
二層レジスト法による高アスペクト比パターン形成後のプロセス例として、図２（ｄ）、（ｅ）にて、基板をエッチングする工程を示している。高アスペクト比パターンを形成した後、必要に応じて像形成層１０２をリムーブし、被加工基板１００をエッチングする（図２（ｄ））。その後、バッファ層１０１をリムーブする。このようにして被加工基板１００に対して求める加工を行うことができる（図２（ｅ））。
図２では、基板加工方法としてエッチングの例を示したが、他にも、蒸着、リフトオフなどの方法を用いることにより、被加工基板の加工を行うことができる。
【特許文献１】特開平１１−１４５０５１号公報
【特許文献２】特開平１１−３１７３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に説明したとおり、波長サイズ以下の微小開口を遮光膜に形成したマスクを像形成層に近接させ、光を照射した際に該微小開口から滲み出る近接場光を用いて露光し、微細パターンを作製する近接場露光による微細パターンの作製方法においては、近接場光は微小開口からの距離に対して指数関数的に強度が減少するが、この傾向はパターンピッチが小さくなる程、顕著である。
以下に、これらを図を用いて更に詳しく説明する。
図３に、近接場露光用マスクに露光用光を入射したときの、微小開口近傍に形成される電場強度分布をシミュレーションによって計算した結果の概略を示す。
ここでは、シミュレーションの方法として、ＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：Ｍａｘｗｅｌｌ方程式を差分化（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）し、  時間領域（Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ）で解く）で電磁界解析を行った。
図３において、遮光部１０３は、厚さ５０ｎｍのＣｒ膜とし、これがマスク母材１０４であるＳｉＮに支持され、レジストによる像形成層１０２と接する構成とした。露光用光としては、ＳｉＮ側（図中では上側）からｇ線（真空中波長４３６ｎｍ）の平面波を入射する構成とした。微小開口１０６の開口幅を２０ｎｍ、ピッチを１００ｎｍとしたときのマスク近傍の電磁界定常値を計算した。
【００１１】
図３中の数字は、入射光強度を１としたときの、各等電場線での強度を表している。
ここで、図３には微小開口から遠ざかるにつれて強度が指数関数的に減少していくという、近接場特有の電場分布が表れている。
シミュレーションにより近接場電場強度分布を更に詳細に検討すると、ピッチが小さくなるにつれてパターンができる深さが浅くなることが分かる。
露光、現像によりパターンを作製するためには、電場強度分布に関連した露光量の違い、つまり、露光部／非露光部のコントラストがある必要がある。一般的には、このコントラストの違いが大きいほど、断面矩形性の良いパターンを作製することができる。
様々なピッチにおける電場強度分布のシミュレーション結果を検討すると、パターンピッチが狭くなるにつれて露光部／非露光部の電場強度のコントラストは大きいが、深さが浅くなることが分かる。
【００１２】
次に、あるポジ型レジストを伝播光で露光したときの感度曲線を図４に太線にて示す。一点鎖線は、理想的なポジ型レジストの感度曲線である。縦軸に、露光後の規格化残存膜厚、横軸に露光量を表す。
感度曲線が理想的なものであれば、図４中Ｔで指定された露光量より多い露光量で露光した場合、レジストは全て溶けてなくなるが、Ｔ未満で露光するとレジストは現像液には殆ど溶けずにパターンとして残る。
一方、実際のレジストの感度曲線は、図４中太線で表されたように、曲線形状をしている。丸数字１の範囲（露光量の少ない部分。点線より左側）であれば、レジストは現像液には殆ど溶けずにパターンとして残る。丸数字３の範囲（露光量の多い部分。点線より右側）であれば、レジストは現像液に溶けてなくなる。しかし、丸数字２の範囲（露光量中間。点線と点線の間。グレーゾーンと呼ばれる。）では、レジストの残膜量は露光量によって敏感に変わる。
【００１３】
図５に、図３で示された電場分布によって像形成層中に形成された潜像を現像した後の結果を示す。
図５（ａ）は図４中一点鎖線によって示した理想的な感度曲線を適用した場合、図５（ｂ）は図４中太線で示したあるポジ型レジストの感度曲線を適用した場合を表している。これらは、電界強度として０．４３の等電場線が、現像液に対して溶解／非溶解となるよう、入射光量と露光時間を掛けた値が図４中Ｔとなるようにした場合を表している。図５中の斜線部は、現像後に像形成層が溶解した部分を表している。
【００１４】
レジストの感度曲線が理想的な場合であれば、図５（ａ）のように、溶解／非溶解部分の境界線は、等電場線に一致するため、等電場線とほぼ同じ形のレジストパターンが形成される。
しかし、実際のレジストの感度曲線は図４中太線で書かれたようにグレーゾーンを有しており、また、現像液によってレジストは、レジスト膜の上部（被加工基板と反対側）から溶解していくため、実際の現像後レジストパターンは図５（ｂ）のように、レジスト膜上部では、溶解／非溶解の境界となる等電場線よりも電場強度の弱い側まで溶解が進み、レジスト溶解パターン下部では境界となる等電場線よりも電場強度の強い側までしか溶解しない、というパターンができる。
したがって、近接場電場分布よりもより浅く、矩形性の悪いパターンが、現像後に形成されてしまうことになる。
【００１５】
以上のことから、像形成層の膜厚を、図５中Ｔｓで表す厚さに設定できれば、微小開口からの距離に対して指数関数的に強度が減衰する特徴を有する近接場露光を用い、使用する像形成層として理想的ではない感度曲線を有するものを用いても、像形成層の底までパターンを作成することができるから、その後の加工工程に、上記した従来法による一般的な二層レジスト法を適用することによって、高アスペクト比なパターンを形成することができる。しかしながら、その際、像形成層の底までパターンを形成するためには、Ｔｓの値として１０ｎｍ程度まで、像形成層の膜厚を薄くすることが必要となる。
【００１６】
ところで、レジスト塗布方法としては、スピンコート方式が一般的である。蓋付の回転式システムを有するスピンコート方式では、膜厚２０ｎｍ程度が実現できる。しかし、レジスト膜厚を１０ｎｍ程度かそれ以下の厚さにしようとすると、ピンホール等の欠陥が生じてしまい、均一なレジスト膜を形成できないことがあった。したがって、このような欠陥を生じない膜厚としては、１０ｎｍ以上必要となり、好ましくは２０ｎｍ程度の厚さが必要となる。したがって、像形成層の膜厚を欠陥を生じない膜厚とした場合には、近接場露光では像形成層の底までパターンを形成ができないことから、従来法による一般的な二層レジスト法を適用して、高アスペクト比なパターンを形成することができないこととなる。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑み、マスクを像形成層に近接させて近接場露光によって微細パターンを作製するに際して、ピンホール等の欠陥の生じない厚さの膜厚に形成された像形成層に対して、高アスペクト比を有する微細パターンを作製することが可能となる近接場露光による微細パターンの作製方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、以下のように構成した近接場露光による微細パターンの作製方法を提供するものである。
すなわち、本発明の微細パターンの作製方法は、波長サイズ以下の微小開口を遮光膜に形成したマスクを基板上に形成した像形成層に近接させ、該マスクの面側に光を照射した際に該マスクの微小開口から滲み出る近接場光を用いて露光し、前記像形成層にマスクパターンを転写して微細パターンを作製する、近接場露光による微細パターンの作製方法において、前記基板上に、後の工程における露光及び現像工程で形成されるパターンの深さよりも厚い膜厚の像形成層を形成する工程と、前記像形成層を近接場光を用いて露光した後、該像形成層を現像して該像形成層の底部よりも浅い領域にパターンを形成する露光及び現像工程と、前記露光及び現像工程において現像された像形成層を、ドライエッチングする工程と、を少なくとも有することを特徴としている。
本発明におていては、前記像形成層の膜厚を、１０ｎｍ以上とすることができ、また、前記像形成層を形成する材料として、金属またはシリコン含有ポリマー、該金属またはシリコン含有ポリマーより平均分子量の大きい金属またはシリコン非含有ポリマー、感光剤を含んでいるものを用いて構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マスクを像形成層に近接させて近接場露光によって微細パターンを作製するに際して、ピンホール等の欠陥の生じない厚さの膜厚に形成された像形成層に対して、高アスペクト比を有する微細パターンを作製することが可能となる近接場露光による微細パターンの作製方法を実現することができる。これによれば、パターンピッチが小さい場合においても、高アスペクト比を有する微細パターンを作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態における微細パターンの作製方法について、図を用いて説明する。
図１に本発明の実施の形態における微細パターンの作製方法のプロセスを示す。図１に示すように、まず、被加工基板１００上にバッファ層１０１を形成する。バッファ層の材料の詳細については後述する。バッファ層の厚さは、バッファ層にパターンを形成した後、被加工基板を加工するプロセスに耐えうる厚さとする。
上記バッファ層１０１上に、像形成層１０２を成膜する。像形成層としては、近接場露光、現像により、露光部と未露光部の違いによりパターンが形成できることが必要である。構成物として、金属またはシリコン含有ポリマー、該金属またはシリコン含有ポリマーより平均分子量の大きい金属またはシリコン非含有ポリマー、感光剤を含んでいるものとする。
本実施の形態では像形成層として、近接場露光可能なＳｉ含有レジストの例を挙げる。膜厚は、ピンホールなどの欠陥がなく均一な膜厚が塗布できる厚さに成膜する。
【００２１】
つぎに、近接場露光にて像形成層１０２を露光する。近接場露光の一例として、図１では近接場露光用マスクを用いた一括露光によるものであるが、本発明はこれに限られるものではない。
ここでの、近接場一括露光方法はつぎのように行われる。
近接場露光用マスクとして、マスク母材１０４上に、遮光部１０３と微小開口１０６が形成されているものを用いる。この微小開口１０６と像形成層１０２とを、近接場１０５が存在する領域まで近接させる。
マスク母材１０４へ、遮光部１０３とは反対側から露光用光１０７を照射すると、微小開口１０６より近接場１０５が形成される。この近接場１０５によって像形成層１０２中に潜像を形成する（図１（ａ））。
【００２２】
つぎに、これを現像することにより、像形成層１０２にパターンを形成する（図１（ｂ））。ここで図１では像形成層としてポジ型のＳｉ含有レジストを想定して説明しているので、図１（ａ）中の未露光部分が現像後にパターンとして残っている。像形成層の厚さを、溶解／非溶解の境界となる強度の近接場が届く深さよりも厚く形成してあるため、近接場露光、現像によって像形成層にできたパターンは、像形成層の上部のみとなる。
この像形成層上部のパターンをもとにして、酸素系ガスによるドライエッチングを行う。
すると、像形成層中で、微細パターンの深さが増大する（図１（ｃ））。
【００２３】
ここで、酸素系ガスによるドライエッチングにより、像形成層中で、露光部／非露光部のコントラストが増大する現象について、以下に説明する。
前述した従来法による一般的な２層レジスト法の場合には、図２のように像形成層の底まで露光＆現像によりパターンを作製するように露光条件、現像条件が設定される。
これに対して、露光方法が近接場露光の場合、微小開口付近の電場強度分布は、図３で説明したように、非常に特徴的であり、微小開口から遠ざかるにつれて強度が指数関数的に減少し、電場強度によっては、像形成層底まで達していないものがある。また、マスク開口下の電場分布には、マスク面に平行な方向にも、像形成膜厚方向にも広がりがある。
【００２４】
ここで、像形成層がポジ型Ｓｉ含有レジストである場合について説明する。
一般的なＳｉ含有レジストの含有物は、Ｓｉ含有ポリマー、ノボラック樹脂、キノンジアジド系感光剤、溶媒、である。
Ｓｉ含有レジストを、感光剤の感光波長にて露光すると、アルカリ不溶のキノンジアジド系感光剤は光化学反応を起こし、さらに、現像時にアルカリ現像液と反応することでカルボン酸となり、アルカリ可溶となる。ノボラック樹脂、Ｓｉ含有ポリマーとも、アルカリ可溶であるため、Ｓｉ含有レジストの露光部分は現像時に溶けてなくなる。
一方、非露光部は、アルカリ現像時に未反応のキノンジアジド系感光剤がノボラック樹脂、Ｓｉ含有ポリマーと結合し、溶解抑止剤として働くため、現像後もパターンとして残る。
【００２５】
図６に、Ｓｉ含有レジストの各要素と、アルカリ現像液に対する溶解速度との関係を示す。これは、露光部では感光剤が光反応を起こすのに十分な光量が与えられ、更に非露光部では全く光量が与えられない、という理想の場合においての現象説明である。
上述のように、露光部分のキノンジアジド系感光剤がカルボン酸となると、アルカリ現像液に対する溶解速度は非常に高くなる。一般的に、シリコン含有ポリマーの分子量はノボラック樹脂よりも小さいため、溶解速度は、シリコン含有ポリマー＞ノボラック樹脂となる。
また、未露光部感光剤と結合したノボラック樹脂は、アルカリ現像液に対する溶解速度が非常に遅い。ノボラック樹脂の合成において、アルカリ溶解の原因となるＯＨ基を高分子鎖の内側に配置すること、分子量分布においてタンデム型ノボラック（高分子量成分と低分子量成分の二つのピークを有する）とすること、等によって、キノンジアジド系感光剤の溶解抑止効果を高めることができる。
ノボラック樹脂と比較すると、未露光部感光剤と結合したシリコン含有ポリマーの溶解速度は速い。
しかし、実際のレジストには図４中丸数字２に示したようなグレーゾーンを有しており、更に近接場露光の場合においては、近接場特有の電界強度分布があるので、アルカリ現像液に対する溶解性にも分布ができる。
【００２６】
ここで、露光、現像の各プロセスにおける、Ｓｉ含有レジストの主成分の残存量変化を図７に示す。図７中の丸数字１〜丸数字３は、図４中の番号に対応している。
キノンジアジド系感光剤は、露光部分は露光時に光化学反応を起こして変化するために、十分な露光量が与えられる（図４中丸数字３の場合）と露光後には残存量はゼロとなる。一方、露光量が足りない（図４中丸数字１の場合）と、光化学反応が殆ど起こらないために露光中の減少はない。グレーゾーン（図４中丸数字２の場合）では、その露光量に応じた量のキノンジアジド系感光剤が反応する。ノボラック樹脂とＳｉ含有ポリマーに関して、図４中丸数字３の部分は、露光中に現像時の溶解抑止剤となるキノンジアジド系感光剤がなくなってしまうため、現像中に溶けて残存量がゼロとなる。一方、丸数字１の部分では光反応を起こさないで残っているキノンジアジド系感光剤によって現像時に溶解抑止効果を受けるため、ノボラック樹脂もＳｉ含有ポリマーも現像液には殆ど溶けずに残るため、レジストパターンとなる。このとき、残存キノンジアジド系感光剤からの溶解抑止効果を受けるとはいえ、抑止効果は１００％ではないため、ノボラック樹脂の低分子量成分や、Ｓｉ含有ポリマーは、若干は現像液に溶解する。ノボラック樹脂よりＳｉ含有ポリマーの方が一般的に低分子量であるため、溶解速度はＳｉ含有ポリマーの方が速い。グレーゾーンである丸数字２の部分では、露光されずに残ったキノンジアジド系感光剤によって溶解抑止効果を受けるが、光反応を起こした感光剤もあるために、その抑止効果は丸数字１に比べて低く、これによってノボラック樹脂やＳｉ含有ポリマーの残存量も丸数字１と比べて少なくなっている。
【００２７】
この現象を、近接場分布にあてはめた結果を図８に示す。
図８（ａ）にて、等電場線βを境に、それよりも電場強度が強いところと弱いところで、現像液に対する溶解速度差が最大となるように入射光量と露光時間を調整する。つまり、等電場線αよりも微小開口１０６側が図４、７中の丸数字１、β付近が丸数字２、等電場線γよりも微小開口と逆側が丸数字３にそれぞれ対応する。
ここで、近接場露光、現像を行うと、図８中丸数字１の部分のアルカリ現像液に対する溶解速度は非常に速いので、すぐに溶ける。同丸数字２の部分、つまりグレーゾーンでは等電場線βよりも微小開口に近い部分は現像中に溶ける。一方、等電場線βよりもγ側のグレーゾーンでは、Ｓｉ含有ポリマーの溶ける速度が速く、ノボラック樹脂の低分子量成分は溶けるが、高分子量成分が残る。同丸数字３では、Ｓｉ含有レジストの殆どの成分が現像後も残っている（図８（ｂ））。従って、アルカリ現像後は、像形成層の微細パターンは高分子量のノボラック樹脂が残っているため像形成層底（図８中では細線Ｂで表している）まで形成されていないが、微小開口１０６下の露光部分ではＳｉ含有ポリマーが若干溶解しているため、単位体積あたりのＳｉ含有率が減っている。
【００２８】
この状態で、酸素ドライエッチングを行うと、Ｓｉ含有率の違いから、微小開口下部ではＳｉ原子の存在量が少ないため、酸素ドライエッチング耐性が低くなり、遮光部下と微小開口部下のコントラストが現像後のパターンよりも更についたパターンが形成される（図８（ｃ））。
ちなみに、未露光部分でも若干膜減りがある（図８中細線Ａで示す）。
【００２９】
以上、像形成層がＳｉ含有レジストの場合について述べたが、本発明はこれに限るものではない。
具体的には、金属原子を含有するポリマー、金属原子を含有しないポリマー、感光剤、溶媒から構成される金属含有レジストであって、酸素ガスなどのドライエッチングガスによりドライエッチング耐性が増し、金属原子含有ポリマーが金属原子を含有しないポリマーと比較して現像速度が速いものを用いることができる。
【００３０】
上記のような金属原子含有レジストを像形成層として用いることにより、上記Ｓｉ含有レジストと同様の現象がおき、近接場露光、現像によって形成されたパターンと比較して、ドライエッチングによりパターン深さやコントラストが増大する。
上述のように、コントラストを増大させた像形成層の微細パターン（図１（ｃ））をエッチングマスクとして、酸素系ガスによるドライエッチングを行うことにより、微細で、なおかつアスペクト比の高いパターンをバッファ層に形成することができる（図１（ｄ））。
このアスペクト比の高い像形成層のパターンを用いて、被加工基板に対してドライエッチングや蒸着、リフトオフなど通常の半導体プロセスを用いることで、微細パターンを有するデバイスを作製することができる。
【００３１】
ここで、上記バッファ層の材料について以下に述べる。
バッファ層の材料は、ドライエッチングのプロセスに対応させて選択する。
一つめのプロセスは、像形成層とバッファ層の２層に対して、同一ガスによるドライエッチングによって、近接場露光パターンの転写を行うものである。同一ガスで引き続きプロセスを行うことができるため、プロセス工程数を一つ減らすことができる。
このプロセスを用いる場合は、バッファ層として、像形成層に比べてエッチングガスによるエッチング耐性が低く、被加工基板を加工できるための膜厚を形成できるものであれば何でも良い。より具体的には、
バッファ層のドライエッチングレートをＲ１［ｎｍ／ｍｉｎ］、像形成層のドライエッチングレートをＳ１［ｎｍ／ｍｉｎ］としたとき、
Ｒ１＞Ｓ１×１０
となるバッファ層を用いることがより望ましい。
バッファ層と像形成層とのドライエッチングレート比が大きく違うことによって、２層のドライエッチングを同時に行っても、パターン形状の断面矩形性の良いパターンがバッファ層に転写できる。
利便性や価格の面から、本プロセスで使用されるバッファ層は、有機膜、特にハードベークしたノボラック系レジストが使われることが多い。
【００３２】
ここで、像形成層のドライエッチング時間ｔ［ｍｉｎ］は、
像形成層の膜厚をＴｓ［ｎｍ］、
像形成層現像後のパターン深さをＴｄ［ｎｍ］、
像形成層の金属またはシリコン非含有ポリマーのドライエッチングレートをＱ１［ｎｍ／ｍｉｎ］、
としたとき、つぎの（１）式を満たすようにする。
｛（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｑ１｝＜ｔ＜｛（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｓ１｝……（１）
ドライエッチング時間ｔのより正確な値は、使用する近接場露光マスクの形状や材質、像形成層中での近接場強度分布、像形成層の金属またはシリコン含有率、各種ポリマー分子量、ポリマー構成、感度曲線によって求めることができる。また、上記の範囲内で時間をふって最適時間を見つけることもできる。
【００３３】
本プロセスにおいて、バッファ層のドライエッチングガスは像形成層のドライエッチングガスと同じなので、実際のプロセスにおいては、二層のドライエッチングプロセスを一度に行うことができる。
このときのドライエッチング時間ｔ’［ｍｉｎ］は、
上記バッファ層の膜厚をＴｒ［ｎｍ］、ドライエッチングレートをＲ１［ｎｍ／ｍｉｎ］、
としたとき、つぎの（２）式を満たすようにする。
ｔ’＝ｔ＋（Ｔｒ／Ｒ１）……（２）
二つめのプロセスは、像形成層とバッファ層の２層に対して、異なるガスによるドライエッチングによって、近接場露光パターンの転写を行うものである。
このプロセスを用いる場合は、バッファ層として、像形成層をドライエッチングするときの第一のエッチングガスによるエッチング耐性が像形成層と比較して高く、被加工基板を加工できるための膜厚を形成でき、像形成層をエッチングマスクに第二のエッチングガスによって被加工基板を加工できるための膜厚のバッファ層にパターンを転写できるものであれば何でも良い。より具体的には、
バッファ層の第一のガスでのドライエッチングレートをＲ１［ｎｍ／ｍｉｎ］、像形成層の第一のガスでのドライエッチングレートをＳ１［ｎｍ／ｍｉｎ］としたとき、
Ｒ１×１０＜Ｓ１
となるバッファ層を用いることがより望ましい。
【００３４】
本プロセスで使用されるバッファ層としては、酸化膜を用いることが多い。
ここで、像形成層のドライエッチング時間ｔ［ｍｉｎ］は、
像形成層の膜厚をＴｓ［ｎｍ］、
像形成層現像後のパターン深さをＴｄ［ｎｍ］、
像形成層の金属またはシリコン非含有ポリマーのドライエッチングレートをＱ１［ｎｍ／ｍｉｎ］、
としたとき、（１）式で表される。
更に、第一のガスでのドライエッチング耐性において、バッファ層よりも、像形成層のドライエッチングレートが非常に大きいことより、下記（３）式を満たすドライエッチング時間とすることにより、バッファ層における転写パターン幅の調整を行うことができる。
｛（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｑ１｝＜ｔ＜（Ｔｓ／Ｓ１）……（３）
さらにバッファ層の第２のガスでのドライエッチングレートをＲ２［ｎｍ／ｍｉｎ］、像形成層の第２のガスでのドライエッチングレートをＳ２［ｎｍ／ｍｉｎ］としたとき、
Ｒ２×１０＞Ｓ２
となる第二のエッチングガスを用いたドライエッチングによって、上記のように像形成層に形成したパターンをエッチングマスクとして、バッファ層に被加工基板の加工に耐えうる高さのパターンを転写することができる。
【実施例】
【００３５】
以下に本発明の実施例について説明する。
また、図９に本実施例により作製したパターンのＡＦＭ像を示す。
本実施例においては、近接場露光用マスクとして、Ｃｒの遮光膜中に、微小開口幅が２０ｎｍ、遮光膜の幅が８０ｎｍであるスリットパターンを有したものを用意した。
一方、Ｓｉ基板上にバッファ層としてｉ線対応汎用レジストを塗布し、ハードベークを行った。バッファ層の膜厚は１２０ｎｍとした。このバッファ層の上に、像形成層としてｇ線対応Ｓｉ含有レジストを、膜厚１５ｎｍとなるように塗布した。このとき、像形成層にはピンホール等の欠陥は見られず、良好に成膜された。
【００３６】
近接場露光用マスクの遮光膜側を、像形成層に密着させた状態で、近接場露光用マスクに水銀ランプからのｇ線（波長４３６ｎｍ）の光を照射した。照射量は、１．７Ｊ／ｃｍ2とした。
露光後、アルカリ現像液を用いて像形成層を現像し、微細パターンを得た。この微細パターンをＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）により観察したところ、微細パターン深さは８ｎｍ程度であった（図９（ａ））。
上述のように、像形成層を１５ｎｍ厚さとしているので、図９（ａ）のパターンは、像形成層底まで、つまり、バッファ層上部まで達していないと考えられる。
【００３７】
次に、ドライエッチング装置を用いて、酸素ガスにてドライエッチングを行った。ドライエッチング条件は、ＲＦ電力：１００Ｗ、酸素ガス流量：１０ｓｃｃｍ、エッチング真空度：６．０Ｐａとした。
ｉ線対応汎用レジストをハードベークしたものについて、上記条件でのドライエッチングレートは約１２０ｎｍ／ｍｉｎであった。また、Ｓｉ含有レジストについては、約１．５ｎｍ／ｍｉｎであった。
従って、像形成層のドライエッチング時間ｔ［ｍｉｎ］は、（１）式より、
｛（１５−８）／１２０｝＜ｔ＜｛（１５−８）／１．５｝
となる。
これを計算し、時間を秒に直すと、ドライエッチング時間ｔ”［ｓ］は、
３．５＜ｔ”＜２８０
となる。
【００３８】
上記範囲内でドライエッチング時間をふった実験を行ったところ、
１０＜ｔ’≦８０
の間で、像形成層のパターン深さが、現像後ドライエッチング前の状態と比較して深くなっていることを、ＡＦＭ像により確認した。図９（ｂ）に、ドライエッチング時間５０ｓでのＡＦＭ像を示す。図９（ａ）と比較して、パターン深さが深くなっており、像形成層の底までパターン深さが達している。更に、断面矩形性が良くなっている。
【００３９】
上記と同様なプロセスを再度行い、今度は酸素ガスによるドライエッチングを１１０ｓ行うと、近接場露光によってＳｉ含有レジスト上部に作製された１００ｎｍピッチパターンをバッファ層にまで転写することができる。
以上述べたように、１００ｎｍピッチという微細パターンにおいても、ピンホールなどの欠陥のない、高アスペクト比パターンが作製できた。
【００４０】
本実施例によれば、像形成層をピンホールなどの欠陥が少ない条件で成膜しても、近接場露光によって微細パターンを形成し、これを基板に転写するための高アスペクト比パターンを作製ことが可能となる。また、像形成層のパターンのコントラストを、アルカリ現像液による現像後と比較してさらに高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における微細パターン作製方法のプロセスを示す図。
【図２】従来法による一般的な二層レジスト法によるプロセスを示す図。
【図３】近接場強度分布のシミュレーション結果の概略を示す図。
【図４】あるレジストの感度曲線を示す図。
【図５】図３で示された電場分布によって像形成層中に形成された潜像を現像した後の結果を示す図。
【図６】本発明の実施の形態におけるＳｉ含有レジスト各要素のアルカリ溶解速度を示す図。
【図７】本発明の実施の形態におけるＳｉ含有レジスト各要素残存量のプロセス依存性を示す図。
【図８】本発明の実施の形態における現像後ドライエッチング中のパターン形成の様子を表すモデル図。
【図９】本発明の実施例における１００ｎｍピッチパターンのＡＦＭ像を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１００：被加工基板
１０１：バッファ層
１０２：像形成層（レジスト）
１０３：遮光部
１０４：マスク母材
１０５：近接場
１０６：微小開口
１０７：露光用光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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